JP2008031847A - Gas turbine combustor, its operating method, and modification method of gas turbine combustor - Google Patents

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Shohei Yoshida
正平 吉田
Yoshitaka Hirata
義隆 平田
Hiroshi Inoue
洋 井上
Toshibumi Sasao
俊文 笹尾
Satoshi Momo
聡 百々
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a generation amount of dust under a low load condition of a gas turbine. <P>SOLUTION: The gas turbine combustor comprises: an inner cylinder mixing combustion air with fuel so as to generate combustion gas; a swirler 10 positioned upstream of the inner cylinder so as to give a swirl component to the combustion air flowing into the inner cylinder; and a combustion chamber arranged in the inner cylinder so as to burn the fuel and the air. A pressure spraying type fuel nozzle 9 is arranged in the center of the axis of the swirler, and has a pilot injection hole blowing pilot fuel and a main injection hole blowing main fuel and arranged on an outer peripheral side of the pilot injection hole, and a means for supplying water to the pilot fuel or main fuel is provided. Therefore, the generation amount of dust is suppressed under the low load condition of the gas turbine. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器とその運転方法、及びガスタービン燃焼器の改造方法に関する。   The present invention relates to a gas turbine combustor, an operation method thereof, and a gas turbine combustor remodeling method.

油燃料焚きの燃焼器では、油燃料を燃料ノズルによって微粒化し、小径の燃料液滴群と燃焼空気との混合を促進させて燃焼させる。燃料ノズルの噴霧方式として、空気噴霧式と圧力噴霧式がある。   In an oil fuel-fired combustor, oil fuel is atomized by a fuel nozzle, and combustion is promoted by promoting mixing of small diameter fuel droplet groups and combustion air. There are an air spray type and a pressure spray type as a fuel nozzle spraying method.

このうち、圧力噴霧式の燃料ノズルは、油燃料を高速で噴霧して微粒化するため、油燃料の噴霧速度が低下すると微粒化が損なわれる。このため、燃焼器の着火条件のように、燃料流量が少なく噴霧速度が低下すると微粒化が促進されない。従って、着火不具合やそれに伴う有色煙の排出量の増加を引き起こす可能性がある。   Among these, the pressure spray type fuel nozzle sprays and atomizes oil fuel at a high speed, so that atomization is impaired when the spray speed of the oil fuel decreases. For this reason, atomization is not promoted when the fuel flow rate is low and the spraying speed is lowered as in the ignition condition of the combustor. Therefore, there is a possibility of causing an ignition failure and an increase in emission of colored smoke accompanying it.

このような問題を解決する燃料ノズルとして、特公平7−62522号公報に記載のものなどがある。この燃料ノズルは、燃料ノズルの軸中心に油燃料に旋回を付与して噴出する一次燃料ノズルと、その外周に位置し、一次燃料ノズルと同様に油燃料に旋回を付与して噴出する二次燃料ノズルとを有するデュアルオリフィス型燃料ノズルである。   As a fuel nozzle for solving such a problem, there is one described in Japanese Patent Publication No. 7-62522. The fuel nozzle includes a primary fuel nozzle that swirls the oil fuel at the center of the axis of the fuel nozzle, and a secondary fuel nozzle that is located on the outer periphery of the fuel nozzle and swirls the oil fuel in the same manner as the primary fuel nozzle. A dual orifice type fuel nozzle having a fuel nozzle.

デュアルオリフィス型燃料ノズルの特徴は、着火などの低流量条件においては噴孔径の小さな一次燃料ノズルから燃料が噴出するため、油燃料の供給圧力を確保でき、微粒化性能を損なうことがない。さらに、流量が増加する高負荷条件では噴孔径の大きな二次燃料ノズルからも油燃料を噴出することができるため、供給圧力を過上昇することなく、起動から高負荷条件に亘る広い範囲で微粒化性能に優れた燃料噴霧が可能となる。   The characteristic of the dual orifice type fuel nozzle is that the fuel is ejected from the primary fuel nozzle having a small nozzle hole diameter under low flow conditions such as ignition, so that the supply pressure of the oil fuel can be secured and the atomization performance is not impaired. In addition, oil fuel can be ejected from a secondary fuel nozzle having a large nozzle hole diameter under high load conditions where the flow rate increases, so that fine particles can be produced over a wide range from startup to high load conditions without excessively increasing the supply pressure. It is possible to spray fuel with excellent performance.

特公平7−62522号公報Japanese Patent Publication No. 7-62522

圧力噴霧式の燃料ノズルをデュアルオリフィス型にすることで、着火条件では一次燃料ノズルからのみ燃料を噴霧し、微粒化に必要な燃料供給圧力を確保することができる。そして、燃料流量が増加する高負荷条件では二次燃料ノズルからも油燃料を噴出し、供給圧力の過上昇を防止することができる。   By making the pressure spray type fuel nozzle a dual orifice type, fuel can be sprayed only from the primary fuel nozzle under ignition conditions, and the fuel supply pressure necessary for atomization can be ensured. In a high load condition in which the fuel flow rate increases, oil fuel can also be ejected from the secondary fuel nozzle to prevent an excessive increase in supply pressure.

しかし、一般的には圧力噴霧式のノズルは空気噴霧式の燃料ノズルに比べると燃料液滴の微粒化性能が低い。特に、二次燃料ノズルから燃料が噴出し始めるガスタービンの低負荷条件では、二次燃料ノズルの燃料供給圧が低いため燃料液滴の微粒化が損なわれる。   However, in general, a pressure spray type nozzle has lower atomization performance of fuel droplets than an air spray type fuel nozzle. In particular, under the low load condition of the gas turbine where the fuel starts to be ejected from the secondary fuel nozzle, the fuel supply pressure of the secondary fuel nozzle is low, so that the atomization of fuel droplets is impaired.

燃料液滴の微粒化が損なわれると、燃料液滴が大きくなり、煤塵が発生する可能性が高くなる。二次燃料ノズルから燃料が噴出し始める低負荷条件では、燃焼温度が低く、煤塵を完全に消滅させることも困難となる。   If atomization of the fuel droplets is impaired, the fuel droplets become large and the possibility of generating dust increases. Under low load conditions where fuel starts to be ejected from the secondary fuel nozzle, the combustion temperature is low and it is difficult to completely eliminate the soot and dust.

そこで、本発明はガスタービンの低負荷条件において煤塵の発生量を抑制することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to suppress the generation amount of soot under low load conditions of a gas turbine.

本発明は、燃料ノズルの燃料配管に水を供給する手段を設けたことを特徴とする。   The present invention is characterized in that means for supplying water to the fuel pipe of the fuel nozzle is provided.

本発明によれば、ガスタービンの低負荷条件において煤塵の発生量を抑制することが可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to suppress the generation amount of dust in the low load conditions of a gas turbine.

一般に、油燃料焚きの燃焼器では、油燃料を燃料ノズルによって微粒化し、小径の燃料液滴群と燃焼空気との混合を促進させて燃焼させる。油燃料を微粒化させる燃料ノズルには、高圧の噴霧空気などを用い空気のせん断力を利用して微粒化する空気噴霧式がある。しかし、本方式では高圧空気源やそれに付随する補機が必要となりイニシャルコストが増加する課題がある。また、燃料を微粒化する高圧の噴霧空気をガスタービンの圧縮機から抽気する場合、抽気した空気を昇圧したり冷却したりする必要があるため、昇圧や冷却するための動力が必要となり、ガスタービン全体の効率低下を招く可能性がある。   Generally, in an oil fuel-fired combustor, oil fuel is atomized by a fuel nozzle, and combustion is promoted by promoting mixing of small-diameter fuel droplet groups and combustion air. As a fuel nozzle for atomizing oil fuel, there is an air spray type that uses high-pressure atomizing air or the like to atomize the air using the shearing force of air. However, this method requires a high-pressure air source and auxiliary equipment accompanying it, and there is a problem that the initial cost increases. In addition, when extracting high-pressure atomized air that atomizes fuel from a compressor of a gas turbine, it is necessary to boost or cool the extracted air. There is a possibility of reducing the efficiency of the entire turbine.

一方、高圧の噴霧空気を使用しない燃料ノズルとして、圧力噴霧式の燃料ノズルがある。圧力噴霧式の燃料ノズルは、油燃料の供給圧力を高くして燃料の噴霧速度を加速させ微粒化する燃料ノズルである。圧力噴霧式の燃料ノズルを用いると、噴霧空気用の圧縮機やそれに付随する補機が不要となるため、初期コストやランニングコストを低減でき、ガスタービンの効率を低下させない利点がある。   On the other hand, as a fuel nozzle that does not use high-pressure spray air, there is a pressure spray type fuel nozzle. The pressure spray type fuel nozzle is a fuel nozzle that increases the supply pressure of oil fuel and accelerates the spraying speed of the fuel to atomize the fuel. The use of a pressure spray type fuel nozzle eliminates the need for a compressor for atomizing air and an auxiliary device associated therewith. Therefore, there is an advantage that the initial cost and running cost can be reduced and the efficiency of the gas turbine is not lowered.

しかし、一般的には圧力噴霧式のノズルは空気噴霧式の燃料ノズルに比べると燃料液滴の微粒化性能が低い。この傾向は、特公平7−62522号公報に記載されたデュアルオリフィス型の燃料ノズルでも同様である。特に、二次燃料ノズルから燃料が噴出し始めるガスタービンの低負荷条件では、二次燃料ノズルの燃料供給圧が低いため燃料液滴の微粒化が損なわれる。   However, in general, a pressure spray type nozzle has lower atomization performance of fuel droplets than an air spray type fuel nozzle. This tendency is the same for the dual orifice type fuel nozzle described in Japanese Patent Publication No. 7-62522. In particular, under the low load condition of the gas turbine where the fuel starts to be ejected from the secondary fuel nozzle, the fuel supply pressure of the secondary fuel nozzle is low, so that the atomization of fuel droplets is impaired.

そして、本発明を適用するような油焚き燃焼器を備えたガスタービンの第1の課題として、ガスタービン排気ガス中の煤塵の低減がある。油焚き燃焼器で発生する煤塵は燃料液滴が大きく、燃焼用空気との混合が悪い場合に発生し易い。一方、油焚き燃焼器から発生する煤塵の多くは、高温ガスに曝されると燃焼し消滅する特性がある。したがって、ガスタービンの高負荷条件では噴霧する燃料流量が多く供給圧力も高いため微粒化が促進され、かつ、燃焼温度が高いため発生した煤塵も燃焼し消滅する。   And as a 1st subject of the gas turbine provided with the oil burning combustor which applies this invention, there exists a reduction of the dust in gas turbine exhaust gas. Soot generated in an oil-fired combustor is likely to be generated when fuel droplets are large and mixing with combustion air is poor. On the other hand, most of the dust generated from the oil-fired combustor has the property of burning and disappearing when exposed to high-temperature gas. Therefore, atomization is promoted because the fuel flow to be sprayed is high and the supply pressure is high under the high load condition of the gas turbine, and soot generated due to the high combustion temperature is burned and disappears.

これに対し、前述のように低負荷条件では噴霧する燃料供給量が少ないため、供給圧力が低圧となり燃料ノズルから噴霧される燃料液滴の微粒化が促進されず大きな液滴が噴霧される。さらに、低負荷条件では燃焼ガス温度が低く、生成された煤粒子を完全に燃焼させることができないため、何ら対策を講じなければ、多くの煤塵が排気ガスとともに系外に排出される可能性がある。   On the other hand, as described above, since the fuel supply amount to be sprayed is small under the low load condition, the supply pressure becomes low, and atomization of the fuel droplets sprayed from the fuel nozzle is not promoted, and large droplets are sprayed. Furthermore, the combustion gas temperature is low under low load conditions, and the generated soot particles cannot be completely combusted. Therefore, if no measures are taken, a large amount of soot may be discharged out of the system together with the exhaust gas. is there.

また、油焚き燃焼器を備えたガスタービンの第2の課題として、窒素酸化物(NOx)の排出量低減がある。一般的な、油焚き燃焼器の窒素酸化物の低減方法としては、水噴霧ノズルから燃焼場に水や蒸気を噴霧して局所的な火炎温度を低下させ、高温燃焼領域から発生するサーマルNOxを低減する方法を採用している。しかし、水を噴霧することでガスタービンの効率が低下するなどの課題があった。   Further, as a second problem of the gas turbine provided with the oil-fired combustor, there is a reduction in emission amount of nitrogen oxides (NOx). As a general method for reducing nitrogen oxide in an oil-fired combustor, water or steam is sprayed from a water spray nozzle to a combustion field to lower the local flame temperature, and thermal NOx generated from a high temperature combustion region is reduced. The method of reducing is adopted. However, there is a problem that the efficiency of the gas turbine is reduced by spraying water.

以下、本発明を用いたガスタービン燃焼器とその運転方法、及びガスタービン燃焼器の改造方法の実施例について図面を参照し説明する。   Hereinafter, embodiments of a gas turbine combustor using the present invention, a method for operating the gas turbine combustor, and a method for modifying the gas turbine combustor will be described with reference to the drawings.

本発明の実施例1について、以下に説明する。図1は、ガスタービンプラントの全体構成を示す概略構成図である。図1に示すように、ガスタービンプラントは、主として、空気を圧縮して高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機1と、この圧縮機1から導入される燃焼空気13と燃料を混合して燃焼ガス14を生成する燃焼器3と、この燃焼器3で生成された燃焼ガス14が導入されるガスタービン2とを備える。なお、圧縮機1とガスタービン2の軸は連結されている。   Example 1 of the present invention will be described below. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an overall configuration of a gas turbine plant. As shown in FIG. 1, a gas turbine plant mainly combusts a compressor 1 that compresses air to generate high-pressure combustion air, and combustion air 13 introduced from the compressor 1 and fuel. A combustor 3 that generates a gas 14 and a gas turbine 2 into which the combustion gas 14 generated by the combustor 3 is introduced. Note that the shafts of the compressor 1 and the gas turbine 2 are connected.

上記燃焼器3は、燃焼ガスを生成する内筒7と、燃料を噴霧する燃料ノズル9と、燃焼空気13に旋回を付与する旋回器10と、点火栓11とを外筒5とエンドカバー6で密閉した圧力容器である。内筒7の軸中心位置における上流側には、燃料を噴霧する燃料ノズル9が配置され、その周囲には拡散火炎15を保持するための旋回器10が設置され、その外周には内筒キャップ12が設けられている。   The combustor 3 includes an inner cylinder 7 that generates combustion gas, a fuel nozzle 9 that sprays fuel, a swirler 10 that imparts swirl to the combustion air 13, and a spark plug 11, and an outer cylinder 5 and an end cover 6. It is a pressure vessel sealed with. A fuel nozzle 9 for spraying fuel is disposed on the upstream side of the axial center position of the inner cylinder 7, a swirler 10 for holding a diffusion flame 15 is installed around the nozzle, and an inner cylinder cap is disposed on the outer periphery thereof. 12 is provided.

このように構成された本実施例により、圧縮機1からの燃焼空気13は、外筒5と内筒7で構成される環状の空気流路を通って、内筒7や内筒キャップ12に設けられた燃焼孔や冷却孔、旋回器10から内筒7の内部に導入される。内筒7に供給された空気は燃料と混合し、この混合ガスが内筒7の内部で点火栓11により点火されて燃焼する。燃焼によって生成した燃焼ガス14はトランジションピース8を介してガスタービン2に供給されてガスタービン2を駆動する。これにより、ガスタービン2に連結された発電機4を駆動して発電する。   According to the present embodiment configured as described above, the combustion air 13 from the compressor 1 passes through the annular air flow path constituted by the outer cylinder 5 and the inner cylinder 7 to the inner cylinder 7 and the inner cylinder cap 12. It is introduced into the inner cylinder 7 from the provided combustion holes, cooling holes, and swirler 10. The air supplied to the inner cylinder 7 is mixed with fuel, and this mixed gas is ignited by the spark plug 11 and burns inside the inner cylinder 7. The combustion gas 14 generated by the combustion is supplied to the gas turbine 2 via the transition piece 8 to drive the gas turbine 2. Thereby, the generator 4 connected to the gas turbine 2 is driven to generate power.

燃料供給系統16は、燃料タンク,油ポンプ,圧力調節器,燃料遮断弁,燃料流量計などによる燃料供給装置17,燃料供給装置17の下流に設置され燃料を複数の燃焼器へ分配する分配器18、及び燃料配管19などを備える。   The fuel supply system 16 is a fuel supply device 17 including a fuel tank, an oil pump, a pressure regulator, a fuel cutoff valve, a fuel flow meter, and the like, and a distributor that distributes fuel to a plurality of combustors installed downstream of the fuel supply device 17. 18 and a fuel pipe 19 and the like.

また、本実施例では燃焼場に水を噴霧する水噴霧ノズル20が、旋回器10に対向する位置のエンドカバー6に、複数個が設置されている。エンドカバー6には複数の水噴霧ノズル20に水を供給するためのマニホールド21が形成される。水供給系統22からマニホールド21へ水を供給して、複数の水噴霧ノズル20から水を噴霧する。水噴霧ノズル20に水を供給する水供給系統22は、水ポンプ,圧力調節器,水流量計などによる水供給装置23と水配管24などを備える。   In this embodiment, a plurality of water spray nozzles 20 for spraying water on the combustion field are installed on the end cover 6 at a position facing the swirler 10. The end cover 6 is formed with a manifold 21 for supplying water to a plurality of water spray nozzles 20. Water is supplied from the water supply system 22 to the manifold 21, and water is sprayed from the plurality of water spray nozzles 20. A water supply system 22 for supplying water to the water spray nozzle 20 includes a water supply device 23 such as a water pump, a pressure regulator, a water flow meter, a water pipe 24, and the like.

このように構成されたガスタービンの燃焼器において、実施例1では、燃料ノズル9の燃料配管に水を供給する手段を設置している。当該手段として、水蒸気を燃料に供給する配管を接続することも可能である。本実施例では、当該手段として水供給系統25を燃料配管に接続しており、水供給系統25は、水ポンプ,圧力調節器,水流量計などによる水供給装置26と水配管27などを備える。   In the combustor of the gas turbine configured as described above, in the first embodiment, means for supplying water to the fuel pipe of the fuel nozzle 9 is installed. As this means, it is possible to connect a pipe for supplying water vapor to the fuel. In this embodiment, a water supply system 25 is connected to the fuel pipe as the means, and the water supply system 25 includes a water supply device 26 including a water pump, a pressure regulator, a water flow meter, a water pipe 27, and the like. .

ここで、水噴霧ノズル20から水を燃焼場に噴霧する主な目的は、大気汚染の要因となる排気ガス中の窒素酸化物(NOx)の排出量の低減である。そして、燃料ノズル9に水を供給する目的は、窒素酸化物(NOx)の排出量の低減に加え、排気ガス中に含まれる煤塵の排出量の低減である。   Here, the main purpose of spraying water onto the combustion field from the water spray nozzle 20 is to reduce the emission amount of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas that causes air pollution. The purpose of supplying water to the fuel nozzle 9 is to reduce the emission of soot contained in the exhaust gas in addition to the reduction of the emission of nitrogen oxides (NOx).

図2は、燃料ノズル9に接続されている燃料供給系統16,噴霧空気供給系統39及び水供給系統25の詳細を示す。本実施例の燃料ノズル9は圧力噴霧式のデュアルオリフィス型である。着火時などの燃料流量の少ない条件ではパイロット流路30にのみ燃料を供給し、高負荷時などの燃料流量の多い条件ではメイン流路31にも燃料を供給することで、燃料供給圧力の過上昇を防止する構造となっている。メイン流路31の下流側には、加圧弁32が設置されている。加圧弁32より上流側の分配管33には、メイン流路31とパイロット流路30が接続されている。さらに、分配管33の上流には、燃料供給装置
17からの燃料配管19が接続されており、燃料配管19に逆止弁34が設けられている。
FIG. 2 shows details of the fuel supply system 16, the atomizing air supply system 39 and the water supply system 25 connected to the fuel nozzle 9. The fuel nozzle 9 of this embodiment is a pressure spray type dual orifice type. Fuel is supplied only to the pilot flow path 30 under conditions where the fuel flow rate is low, such as during ignition, and fuel is supplied to the main flow path 31 under conditions where there is a high fuel flow rate, such as during high loads, thereby increasing the fuel supply pressure. It has a structure that prevents the rise. A pressurizing valve 32 is installed on the downstream side of the main flow path 31. A main flow path 31 and a pilot flow path 30 are connected to a distribution pipe 33 upstream of the pressurization valve 32. Further, a fuel pipe 19 from the fuel supply device 17 is connected upstream of the distribution pipe 33, and a check valve 34 is provided in the fuel pipe 19.

ここで、メイン流路31に設置した加圧弁32は、加圧弁32に順方向の圧力が作用した時、燃料が順方向に流れ始める圧力を設定することができる逆止弁であり、設定値以下の圧力では燃料がメイン噴孔へ流入することを妨げる構造となっている。   Here, the pressurization valve 32 installed in the main flow path 31 is a check valve that can set the pressure at which fuel starts to flow in the forward direction when the forward pressure acts on the pressurization valve 32. At the following pressure, the fuel is prevented from flowing into the main nozzle hole.

分配管33の他端には、パイロット流路30に空気を供給する噴霧空気配管35が接続される。メイン流路31に設けられた加圧弁32の下流側には、メイン流路31にも空気を供給する噴霧空気配管36が接続されている。それぞれの噴霧空気配管35,36には逆止弁37,38が設置され、噴霧空気供給系統39によってパイロット流路30,メイン流路31に噴霧空気が供給される。また、噴霧空気供給系統39は、噴霧空気供給装置40と噴霧空気配管41から成り、噴霧空気配管41から分岐されて噴霧空気配管35,36に接続されている。   The other end of the distribution pipe 33 is connected to an atomizing air pipe 35 that supplies air to the pilot flow path 30. An atomizing air pipe 36 that supplies air also to the main flow path 31 is connected to the downstream side of the pressurization valve 32 provided in the main flow path 31. Check valves 37 and 38 are installed in the respective spray air pipes 35 and 36, and the spray air is supplied to the pilot flow path 30 and the main flow path 31 by the spray air supply system 39. The atomizing air supply system 39 includes an atomizing air supply device 40 and an atomizing air pipe 41 and is branched from the atomizing air pipe 41 and connected to the atomizing air pipes 35 and 36.

一方、燃料ノズル9に水を供給するため、水供給装置26からの水配管27が分配管
33と逆止弁34との間であって、加圧弁32より上流側に、逆止弁28を介して接続されている。
On the other hand, in order to supply water to the fuel nozzle 9, the water pipe 27 from the water supply device 26 is between the distribution pipe 33 and the check valve 34, and the check valve 28 is provided upstream of the pressurizing valve 32. Connected through.

次に、燃料ノズル9の燃料供給系統16,噴霧空気供給系統39,水供給系統25の動作の概要について説明する。燃料供給装置17から供給された燃料は、分配器18によって各燃焼器に分配され、逆止弁34を介して分配管33に導かれる。この逆止弁34は、燃焼空気や燃焼ガスなどが燃料供給系統16に逆流することを防止するための弁である。分配管33に供給された燃料は、パイロット流路30とメイン流路31に分配される。着火時のような燃料流量の少ない条件では、メイン流路31の途中に設置された加圧弁32に作用する燃料の供給圧力が加圧弁32の設定圧力より低いため、加圧弁32を開くことができず、燃料はパイロット流路30にのみ供給される。ガスタービンの着火後、タービンの昇速,ガスタービンの負荷上昇に伴い燃料ノズルへ供給する燃料流量が増加すると、加圧弁32に作用する燃料供給圧力が上昇する。そして、加圧弁32を押し開くことで、パイロット流路30に加えメイン流路31にも燃料が供給される。   Next, the outline | summary of operation | movement of the fuel supply system 16, the spray air supply system 39, and the water supply system 25 of the fuel nozzle 9 is demonstrated. The fuel supplied from the fuel supply device 17 is distributed to each combustor by the distributor 18 and guided to the distribution pipe 33 through the check valve 34. The check valve 34 is a valve for preventing combustion air, combustion gas, and the like from flowing back to the fuel supply system 16. The fuel supplied to the distribution pipe 33 is distributed to the pilot flow path 30 and the main flow path 31. Under conditions where the fuel flow rate is low, such as during ignition, the supply pressure of the fuel acting on the pressurization valve 32 installed in the middle of the main flow path 31 is lower than the set pressure of the pressurization valve 32, so the pressurization valve 32 can be opened. The fuel is supplied only to the pilot flow path 30. After the ignition of the gas turbine, when the flow rate of fuel supplied to the fuel nozzle increases as the turbine speed increases and the load of the gas turbine increases, the fuel supply pressure acting on the pressurizing valve 32 increases. Then, the fuel is supplied to the main channel 31 in addition to the pilot channel 30 by pushing the pressurizing valve 32 open.

このようにして、着火時は燃料噴孔径の小さいパイロット噴孔に接続するパイロット流路30のみに燃料を供給することができ、少ない燃料流量でも燃料の微粒化に必要な供給圧力を確保することができる。そのため、燃料液滴を微粒化することができ、燃焼器の点火特性が向上する。また、負荷運転時では加圧弁32が開放し、メイン噴孔へ接続するメイン流路31へも燃料が供給されるため燃料供給圧力の過上昇を防止することが可能である。   In this way, at the time of ignition, fuel can be supplied only to the pilot flow path 30 connected to the pilot nozzle hole having a small fuel nozzle diameter, and supply pressure necessary for atomization of the fuel can be ensured even with a small fuel flow rate. Can do. Therefore, fuel droplets can be atomized and the ignition characteristics of the combustor are improved. Further, during the load operation, the pressurization valve 32 is opened, and fuel is supplied to the main flow path 31 connected to the main nozzle hole, so that it is possible to prevent an excessive increase in the fuel supply pressure.

次に、ガスタービンの停止時における各系統の動作の概要について説明する。高温状態で運転していた燃焼器3の内部温度は、ガスタービンが停止した後も長い間、高温状態が維持される。この条件下に燃料ノズル9が曝されると燃料ノズル9が加熱され、燃料ノズルの内部に残留した燃料が過熱されて炭化し、燃料ノズル9の燃料噴出部やその内部で固着するコーキングが発生する。コーキングが発生すると燃料の噴出孔を閉塞し燃料を噴出できない場合がある。   Next, an outline of the operation of each system when the gas turbine is stopped will be described. The internal temperature of the combustor 3 operating in a high temperature state is maintained at a high temperature for a long time after the gas turbine is stopped. When the fuel nozzle 9 is exposed under this condition, the fuel nozzle 9 is heated, the fuel remaining inside the fuel nozzle is heated and carbonized, and the fuel ejection portion of the fuel nozzle 9 and coking that adheres to the inside are generated. To do. When coking occurs, the fuel injection hole may be blocked and fuel may not be injected.

このため、一般には、油燃料焚きの燃焼器では、燃料ノズル内部に残留している燃料を系外などへ排出する目的で、燃料ノズルの流路に噴霧空気などを供給する手段が講じられている。本実施例においても、同様の目的で噴霧空気を供給する手段が設けられている。そして、ガスタービン停止後には、噴霧空気供給装置40から吐出された空気が、空気配管41からパイロット噴霧空気配管35,メイン噴霧空気配管36に分岐され逆止弁37,38を介して各流路に供給される。   For this reason, in general, an oil fuel-fired combustor is provided with means for supplying atomized air or the like to the flow path of the fuel nozzle for the purpose of discharging the fuel remaining inside the fuel nozzle to the outside of the system. Yes. Also in the present embodiment, means for supplying spray air for the same purpose is provided. After the gas turbine is stopped, the air discharged from the atomizing air supply device 40 is branched from the air pipe 41 to the pilot atomizing air pipe 35 and the main atomizing air pipe 36, and each flow path is passed through the check valves 37 and 38. To be supplied.

また、本実施例における燃料ノズル9の着火時には、パイロット流路30にのみ燃料が供給され、メイン流路31には燃料が供給されない。そこで、メイン流路31に空気を供給することで、パイロット流路30から噴出される燃料の微粒化をメイン流路31から噴出する空気で助勢することができ、着火時の燃料液滴の微粒化を促進し、着火特性を向上することが可能である。   Further, when the fuel nozzle 9 is ignited in this embodiment, fuel is supplied only to the pilot flow path 30 and no fuel is supplied to the main flow path 31. Therefore, by supplying air to the main flow path 31, atomization of the fuel ejected from the pilot flow path 30 can be assisted by the air ejected from the main flow path 31, and the fuel droplet fine particles at the time of ignition It is possible to improve the ignition characteristics.

本発明による実施例1では、図2に示す燃料ノズル9の分配管33と逆止弁34の間に、水を供給する手段から逆止弁28を介して水を供給する。   In the first embodiment according to the present invention, water is supplied through the check valve 28 from the means for supplying water between the distribution pipe 33 and the check valve 34 of the fuel nozzle 9 shown in FIG.

本発明を適用する圧力噴霧式のデュアルオリフィス型燃料ノズルは、燃料の供給圧力が低い場合、噴霧した燃料液滴の粒径が大きくなる場合がある。本実施例では、加圧弁32の作用とメイン流路からの空気を利用して、着火時における燃料液滴の微粒化を促進している。しかし、燃料の供給圧力が上昇し加圧弁32が開き始めるガスタービンの低負荷条件では、メイン流路31の供給圧力が低いため、メイン流路31から噴霧する液滴径が大きくなる傾向にある。   The pressure spray type dual orifice type fuel nozzle to which the present invention is applied may have a large particle size of sprayed fuel droplets when the fuel supply pressure is low. In the present embodiment, atomization of fuel droplets during ignition is promoted using the action of the pressurizing valve 32 and air from the main flow path. However, under the low load condition of the gas turbine in which the fuel supply pressure rises and the pressurization valve 32 begins to open, the supply pressure of the main flow path 31 is low, so the droplet diameter sprayed from the main flow path 31 tends to increase. .

なお、本実施例における「ガスタービンの低負荷条件」とは、定格運転時における負荷条件以外のガスタービンの運転状態をいう。そのため、「ガスタービンの低負荷条件」では、ガスタービンが負荷運転状態でなく、ガスタービンを着火・昇速している状態をも含む。また、「定格運転時の負荷条件」とは、メイン流路31のメイン噴孔において、燃料液滴の微粒化性能が最も高くなるよう設計された負荷条件をいうものとする。   The “low load condition of the gas turbine” in the present embodiment refers to the operating state of the gas turbine other than the load condition during the rated operation. Therefore, the “low load condition of the gas turbine” includes not only the load operation state but also the state where the gas turbine is ignited / accelerated. The “load condition during rated operation” refers to a load condition designed so that the atomization performance of fuel droplets is maximized in the main nozzle hole of the main flow path 31.

燃焼器に供給される燃料液滴径が大きい場合、燃料と空気の混合が損なわれ、酸化反応に遅れを生じさせるため、煤の発生を促す。また、燃料液滴径が大きいため、発生する煤粒子も肥大化し、排出ガス中に含まれる煤塵量が増加する可能性がある。   When the diameter of the fuel droplets supplied to the combustor is large, the mixing of fuel and air is impaired and the oxidation reaction is delayed, so that the generation of soot is promoted. Further, since the fuel droplet diameter is large, the generated soot particles are enlarged, and the amount of soot contained in the exhaust gas may increase.

このため、本実施例ではメイン流路31の燃料供給圧力が低いガスタービンの低負荷条件において、燃料ノズル9の燃料配管へ水を供給する手段である水供給装置26から水を供給する。そして、メイン流路31の供給圧力を増加させ、メイン流路31から噴出する燃料と水の液滴の微粒化を促進させるものである。   For this reason, in this embodiment, water is supplied from the water supply device 26 which is means for supplying water to the fuel pipe of the fuel nozzle 9 under the low load condition of the gas turbine in which the fuel supply pressure of the main flow path 31 is low. And the supply pressure of the main flow path 31 is increased, and atomization of the fuel and water droplets ejected from the main flow path 31 is promoted.

燃料ノズルの燃料配管に流入した水は分配管33でパイロット流路30とメイン流路
31に分配され、それぞれの流路中で油燃料と水が混合し燃焼場に噴霧される。水の蒸発温度は燃焼場の温度に比べると低く、高温の燃焼場に噴霧された水は爆発的に蒸発する。このため、水滴が爆発する際に生じる衝撃によって燃料液滴の微粒化が期待でき、微粒化した燃料液滴と燃焼空気との混合が促進され煤粒子の肥大化を防止することができる。その結果、排気ガス中の煤塵量を低減することが可能となる。
Water flowing into the fuel pipe of the fuel nozzle is distributed to the pilot flow path 30 and the main flow path 31 by the distribution pipe 33, and the oil fuel and water are mixed and sprayed on the combustion field in each flow path. The evaporation temperature of water is lower than the temperature of the combustion field, and the water sprayed on the high temperature combustion field evaporates explosively. For this reason, atomization of the fuel droplets can be expected due to the impact generated when the water droplets explode, and the mixing of the atomized fuel droplets and the combustion air is promoted, and the enlargement of the soot particles can be prevented. As a result, the amount of dust in the exhaust gas can be reduced.

また、水滴と燃料液滴が混在して燃焼場に噴霧された場合、水滴が蒸発し熱分解することで多くのOHラジカルが生成される。このOHラジカルが多環芳香族炭化水素に対して吸着,酸化し煤の生成を抑制するため、水滴と燃料液滴が混在して燃焼場に噴霧すると、煤の生成を効果的に抑制することが可能となる。   Further, when water droplets and fuel droplets are mixed and sprayed on the combustion field, many OH radicals are generated by evaporation and thermal decomposition of the water droplets. Since this OH radical is adsorbed and oxidized on polycyclic aromatic hydrocarbons to suppress the generation of soot, when water droplets and fuel droplets are mixed and sprayed on the combustion field, soot generation is effectively suppressed. Is possible.

また、本実施例では水滴と燃料液滴が混在して燃焼場に噴霧するため、噴霧された水滴によって効果的に火炎温度を低下することができ、局所的な火炎温度の上昇を防止することができる。そのため、高温火炎領域から生成される窒素酸化物(NOx)の排出量を効果的に抑制することが可能となる。   Further, in this embodiment, since water droplets and fuel droplets are mixed and sprayed on the combustion field, the sprayed water droplets can effectively lower the flame temperature and prevent local flame temperature rise. Can do. Therefore, it becomes possible to effectively suppress the discharge amount of nitrogen oxide (NOx) generated from the high temperature flame region.

水滴が蒸発した後の熱分解によるOHラジカルの煤発生抑制効果や、水噴霧により火炎温度を低減させ、窒素酸化物(NOx)の排出量を抑制する効果は、水噴霧ノズル20からの水噴霧によっても得られる。しかし、本実施例のように燃料ノズル9の燃料供給系統に直接水を供給することで、燃料ノズル内部で水と油が混合し、燃焼場に噴霧されたときには水滴と燃料液滴が混在するため、水噴霧ノズル20によって燃焼場に水を噴霧した場合よりもそれらの効果が顕著となる。   The water spray from the water spray nozzle 20 is effective in suppressing the generation of OH radicals due to thermal decomposition after the water droplets have evaporated and the effect of reducing the flame temperature and suppressing the discharge of nitrogen oxides (NOx) by water spray. Can also be obtained. However, by supplying water directly to the fuel supply system of the fuel nozzle 9 as in this embodiment, water and oil are mixed inside the fuel nozzle, and when sprayed on the combustion field, water droplets and fuel droplets are mixed. Therefore, those effects become more remarkable than when water is sprayed on the combustion field by the water spray nozzle 20.

次に、燃料ノズル9へ供給する水の制御方法について説明する。図3は、比較例として、燃料ノズル9に水を供給しない場合のガスタービンの運転状態と、燃料ノズル9における各流路の供給圧力との関係を示した模式図である。破線ABCはパイロット流路30の供給圧力の変化を示し、実線DEはメイン流路31の供給圧力の変化を示す。   Next, a method for controlling the water supplied to the fuel nozzle 9 will be described. FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the operating state of the gas turbine when water is not supplied to the fuel nozzle 9 and the supply pressure of each flow path in the fuel nozzle 9 as a comparative example. A broken line ABC indicates a change in the supply pressure of the pilot flow path 30, and a solid line DE indicates a change in the supply pressure of the main flow path 31.

燃料ノズル9に燃料が供給されると、加圧弁32の作用によって、燃料はパイロット流路30に流れるため、パイロット流路30の供給圧力がAからBへ上昇する。B点は加圧弁32の設定圧力であり、供給圧力がB点を超えるとD点からメイン流路31にも燃料が流れ始め供給圧力が上昇する。メイン流路の供給圧力はガスタービンの運転状態によってDからEまで上昇する。一方、メイン流路31の燃料噴出孔が大きいため、負荷の低い条件ではメイン流路31の供給圧力が低く、噴霧する液滴の微粒化を促進できない。このことが、図3に示すガスタービン負荷の低い条件で煤塵が発生する要因のひとつになっている。   When the fuel is supplied to the fuel nozzle 9, the fuel flows into the pilot flow path 30 by the action of the pressurizing valve 32, so that the supply pressure of the pilot flow path 30 increases from A to B. Point B is a set pressure of the pressurizing valve 32. When the supply pressure exceeds the point B, fuel starts to flow from the point D to the main flow path 31 and the supply pressure increases. The supply pressure of the main flow path increases from D to E depending on the operating state of the gas turbine. On the other hand, since the fuel injection hole of the main channel 31 is large, the supply pressure of the main channel 31 is low under low load conditions, and atomization of the sprayed droplets cannot be promoted. This is one of the factors that generate dust under the low gas turbine load condition shown in FIG.

図4は、実施例1の場合に、燃料ノズル9に水を供給した時におけるメイン流路31の供給圧力の変化を示したものである。図4に示す例では、負荷運転が開始されるF点から燃料ノズル9に水を供給し、供給圧力をG点まで上昇させたものである。一般に、拡散油焚きの燃焼器では燃焼の安定性に優れているため、燃料と同等の水を噴霧しても燃焼状態は安定に保たれる。燃料ノズル9に水を供給したことにより、メイン流路31の供給圧力はF点からG点へと上昇するため、燃料ノズル9から噴霧した水滴と燃料液滴の微粒化が促進される。負荷の上昇に伴い燃料流量が増加しメイン流路31の供給圧力は上昇する。この時、水の供給量も増加させることにより、メイン流路31の供給圧力は油燃料のみ供給していたI点では、ほぼ2倍の圧力に相当するH点まで上昇させることが可能なため、水滴と燃料液滴の微粒化がより一層促進される。   FIG. 4 shows a change in the supply pressure of the main flow path 31 when water is supplied to the fuel nozzle 9 in the case of the first embodiment. In the example shown in FIG. 4, water is supplied to the fuel nozzle 9 from the point F at which the load operation is started, and the supply pressure is increased to the point G. In general, since a diffusion oil-fired combustor is excellent in combustion stability, the combustion state is kept stable even when water equivalent to fuel is sprayed. By supplying water to the fuel nozzle 9, the supply pressure of the main flow path 31 rises from the F point to the G point, so that atomization of water droplets and fuel droplets sprayed from the fuel nozzle 9 is promoted. As the load increases, the fuel flow rate increases and the supply pressure of the main flow path 31 increases. At this time, since the supply amount of water is also increased, the supply pressure of the main flow path 31 can be increased to the H point corresponding to almost twice the pressure at the point I where only oil fuel is supplied. Further, atomization of water droplets and fuel droplets is further promoted.

図4に示した実施例では、メイン流路31の供給圧力が油ポンプの吐出圧力の上限まで水を供給した例である。H点でメイン流路31の供給圧力が油ポンプの吐出圧力の上限値になると、燃料がそれ以上供給できなくなる。そのため、H点から燃料流量の増加に合わせて、供給する水の流量を低減し、最終的にE点では燃料ノズルへの水の供給を停止し、燃料のみを燃料ノズルから噴出するように制御したものである。したがって、定格運転状態のE点では燃料ノズルの設計条件の燃料供給圧となるため、予め設定した燃料ノズルの噴霧特性が再現できる。   In the embodiment shown in FIG. 4, water is supplied up to the upper limit of the discharge pressure of the oil pump when the supply pressure of the main flow path 31 is the upper limit. When the supply pressure of the main flow path 31 reaches the upper limit value of the discharge pressure of the oil pump at the point H, no more fuel can be supplied. Therefore, the flow rate of the supplied water is reduced from the H point as the fuel flow rate increases, and finally the water supply to the fuel nozzle is stopped at the E point so that only fuel is ejected from the fuel nozzle. It is a thing. Therefore, since the fuel supply pressure is the fuel nozzle design condition at the point E in the rated operation state, the spray characteristics of the fuel nozzle set in advance can be reproduced.

また、燃料ノズル9へ供給する水の流量が減少し始めるH点では、燃焼ガスの温度が高温になっているため、煤塵が生成されても燃焼室内で燃え尽きている。そのため、水の供給量を低減しても煤塵の発生量が増加することはない。   Further, at the point H where the flow rate of water supplied to the fuel nozzle 9 starts to decrease, the temperature of the combustion gas is high, so even if soot is generated, it is burned out in the combustion chamber. Therefore, even if the amount of water supplied is reduced, the amount of generated dust does not increase.

さらに、燃焼場に水を噴霧する流量は、ガスタービンの運転状態などによって決められる。そのため、燃料ノズル9へ供給可能な水の流量が、燃焼場に供給すべき水の流量より少ない場合、その差の流量を水噴霧ノズル20から噴霧することが可能である。すなわち、実施例1では図4のH点から燃料ノズル9に供給される水流量は低下するが、ガスタービンの負荷は上昇するため燃焼場に噴霧する水流量の全体は増加する。そこで、燃料ノズル9から噴霧する水の減少分及びガスタービン負荷上昇に伴う水流量の増加分を水噴霧ノズル20から噴霧することで、窒素酸化物(NOx)の排出量を抑制することが可能となる。   Further, the flow rate of spraying water on the combustion field is determined by the operating state of the gas turbine and the like. Therefore, when the flow rate of water that can be supplied to the fuel nozzle 9 is smaller than the flow rate of water that should be supplied to the combustion field, the flow rate of the difference can be sprayed from the water spray nozzle 20. That is, in Example 1, the flow rate of water supplied to the fuel nozzle 9 from the point H in FIG. 4 decreases, but the load of the gas turbine increases, so the total flow rate of water sprayed to the combustion field increases. Therefore, it is possible to suppress the discharge amount of nitrogen oxide (NOx) by spraying from the water spray nozzle 20 the decreased amount of water sprayed from the fuel nozzle 9 and the increased amount of water flow accompanying the increase in gas turbine load. It becomes.

なお、図4においてメイン流路31に水の供給を開始する時期は、ガスタービンの負荷運転を開始するF点である。しかし、メイン流路31に水の供給を開始する時期は、ガスタービンの負荷運転を開始するF点に限られず、メイン流路31に燃料の供給を開始するD点でも良い。ガスタービンの低負荷条件であるD点から開始した場合にも、本実施例と同様に水滴と燃料液滴の微粒化が促進され、窒素酸化物の排出量を低減することができる。但し、煤塵の発生領域である区間FIにおいて水を供給し、メイン流路の供給圧力を区間GHとすることにより、水の使用量を抑えつつ、最も効率的に煤塵を低減することができる。   In FIG. 4, the timing for starting the supply of water to the main flow path 31 is the point F at which the load operation of the gas turbine is started. However, the timing for starting the supply of water to the main flow path 31 is not limited to the point F at which the load operation of the gas turbine is started, and may be a point D at which the supply of fuel to the main flow path 31 is started. Even when starting from point D, which is a low-load condition of the gas turbine, atomization of water droplets and fuel droplets is promoted as in this embodiment, and the amount of nitrogen oxides discharged can be reduced. However, by supplying water in the section FI where dust is generated and setting the supply pressure of the main flow path to the section GH, dust can be reduced most efficiently while suppressing the amount of water used.

また、本実施例で説明した燃料ノズルの燃料配管に水を供給する手段は、既存のガスタービン燃焼器に追加する場合にも有用である。既にデュアルオリフィス型燃焼器を採用したガスタービン燃焼器において、燃料ノズルの燃料配管に水を供給する手段として水供給系統25を追加することで、本実施例と同様の効果を得ることが可能である。   Further, the means for supplying water to the fuel pipe of the fuel nozzle described in this embodiment is also useful when added to an existing gas turbine combustor. In a gas turbine combustor that already employs a dual orifice type combustor, it is possible to obtain the same effect as in this embodiment by adding a water supply system 25 as means for supplying water to the fuel pipe of the fuel nozzle. is there.

実施例2について、図5,図6を参照して説明する。実施例2では、図5に示すように分配管33に接続されたパイロット流路30に逆止弁45を設置し、その下流のパイロット流路33に水供給装置26からの水供給配管46を、逆止弁47を介して接続したものである。他の構成部品は、実施例1と同様である。   A second embodiment will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, as shown in FIG. 5, a check valve 45 is installed in the pilot flow path 30 connected to the distribution pipe 33, and the water supply pipe 46 from the water supply device 26 is connected to the pilot flow path 33 downstream thereof. , Connected via a check valve 47. Other components are the same as those in the first embodiment.

水供給装置26からの水は逆止弁45の下流でパイロット流路30に供給される。そのため、逆止弁45の作用により、パイロット流路30に供給された水が分配管33、すなわちメイン流路31へ流入することはない。また、水供給装置26によってパイロット流路30へ水を供給した時、燃料供給装置17から供給された油供給圧力が分配管33の位置でパイロット流路30の供給圧力より低い場合、燃料はメイン流路31のみに流れる。パイロット流路30より高い場合は、燃料の一部がパイロット流路30に混入し、パイロット流路30から噴出することになる。   Water from the water supply device 26 is supplied to the pilot flow path 30 downstream of the check valve 45. Therefore, the water supplied to the pilot flow path 30 does not flow into the distribution pipe 33, that is, the main flow path 31 by the action of the check valve 45. Further, when water is supplied to the pilot flow path 30 by the water supply device 26, if the oil supply pressure supplied from the fuel supply device 17 is lower than the supply pressure of the pilot flow path 30 at the position of the distribution pipe 33, the fuel is main. It flows only in the flow path 31. When it is higher than the pilot flow path 30, part of the fuel is mixed into the pilot flow path 30 and ejected from the pilot flow path 30.

図6は燃料ノズル9の先端部(図5のA部)における詳細図である。燃料ノズル9はノズルボディ50,ノズルキャップ51,メインチップ52,パイロットチップ53から構成される。パイロット流路30からの燃料はパイロットチップ53内部の旋回室54で旋回力が付与され、パイロット噴出孔55よりパイロット噴霧56となり燃焼場に噴霧する。メイン流路31からの燃料は、メインチップ52とノズルキャップ51からなる旋回室57で旋回力が付与され、メイン噴出孔58からメイン噴霧59となり燃焼場に噴霧する。   FIG. 6 is a detailed view of the tip of the fuel nozzle 9 (A portion in FIG. 5). The fuel nozzle 9 includes a nozzle body 50, a nozzle cap 51, a main chip 52, and a pilot chip 53. The fuel from the pilot flow path 30 is given a swirl force in a swirl chamber 54 inside the pilot tip 53 and becomes a pilot spray 56 from the pilot injection hole 55 and sprays to the combustion field. The fuel from the main flow path 31 is given a swirl force in a swirl chamber 57 composed of a main tip 52 and a nozzle cap 51 and becomes a main spray 59 from the main injection hole 58 and sprays to the combustion field.

燃料ノズルの噴霧角度などの噴霧特性は、燃料ノズルの構造により制御することができるが、実施例2ではパイロット噴霧56がメイン噴霧59の内側になるように制御された例である。   Although the spray characteristics such as the spray angle of the fuel nozzle can be controlled by the structure of the fuel nozzle, the second embodiment is an example in which the pilot spray 56 is controlled to be inside the main spray 59.

したがって、図4に示したようにガスタービンの負荷運転が開始され煤塵の発生量が増加するF点で、実施例2によって燃料ノズル9に水を供給すると、ガスタービンの負荷が低く燃料供給量も少ないため、分配管33の燃料供給圧力はパイロット流路30の水供給圧力より低くなる。そして、燃料はメイン流路32のみに流れ、水供給装置26からの水はパイロット流路30にのみ流れる。したがって、パイロット噴霧56は水滴のみが噴霧され、メイン噴霧59は燃料のみが噴霧される。パイロット噴出孔55の噴孔径は小さいため、F点のガスタービン運転状態で必要な水噴霧量がパイロット噴孔55からのみでは供給できない場合、エンドカバー6に設置した水噴霧ノズル20から水を噴霧することが可能である。   Therefore, as shown in FIG. 4, when water is supplied to the fuel nozzle 9 according to the second embodiment at the point F where the load operation of the gas turbine starts and the generation amount of dust increases, the load of the gas turbine is reduced and the fuel supply amount is reduced. Therefore, the fuel supply pressure of the distribution pipe 33 is lower than the water supply pressure of the pilot flow path 30. The fuel flows only in the main flow path 32, and the water from the water supply device 26 flows only in the pilot flow path 30. Accordingly, the pilot spray 56 is sprayed with only water droplets, and the main spray 59 is sprayed with only fuel. Since the nozzle hole diameter of the pilot nozzle 55 is small, when the amount of water spray required in the gas turbine operation state at point F cannot be supplied only from the pilot nozzle 55, water is sprayed from the water spray nozzle 20 installed on the end cover 6. Is possible.

本実施例では、燃料のみのメイン噴霧59により形成される火炎の内部に、水滴のみのパイロット噴霧56があるため、火炎の内部に噴霧した水滴の作用により、窒素酸化物
(NOx)の排出を促す高温の循環領域の温度を効果的に低下させることができる。そのため、水噴霧ノズル20から水を噴霧する実施例1において、煤発生の抑制効果に加え窒素酸化物(NOx)の排出量の低減をより効果的に行うことが可能となる。
In this embodiment, since there is a pilot spray 56 of only water droplets inside the flame formed by the main spray 59 of fuel only, nitrogen oxide (NOx) is discharged by the action of the water droplets sprayed inside the flame. The temperature of the encouraging high temperature circulation region can be effectively reduced. Therefore, in Example 1 in which water is sprayed from the water spray nozzle 20, it is possible to more effectively reduce the discharge amount of nitrogen oxides (NOx) in addition to the effect of suppressing soot generation.

実施例3について、図7を参照して説明する。実施例3は、実施例1の水配管27を逆止弁28の下流で水配管60と水配管61に分岐し、水配管60は分配管33と逆止弁
34の間に接続し、水配管61はパイロット流路30における逆止弁45の下流に接続したものである。
A third embodiment will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the water pipe 27 of the first embodiment is branched into a water pipe 60 and a water pipe 61 downstream of the check valve 28, and the water pipe 60 is connected between the distribution pipe 33 and the check valve 34, The pipe 61 is connected downstream of the check valve 45 in the pilot flow path 30.

実施例3の場合、燃料の供給圧力より水の供給圧力が高い場合、パイロット流路30には水のみが供給され、メイン流路には水配管60から水が混入するため、水と油燃料が供給される。このため、図6で説明したパイロット噴霧56は水滴のみとなり、メイン噴霧59は燃料液滴と水滴が混在した噴霧となり、実施例2と同等の効果が期待できる。   In the case of the third embodiment, when the water supply pressure is higher than the fuel supply pressure, only water is supplied to the pilot channel 30 and water is mixed into the main channel from the water pipe 60. Is supplied. Therefore, the pilot spray 56 described with reference to FIG. 6 is only water droplets, and the main spray 59 is a spray in which fuel droplets and water droplets are mixed, and an effect equivalent to that of the second embodiment can be expected.

また、実施例3ではメイン流路31にも水が供給されるため、メイン流路31の供給圧力の上昇が期待され、メイン流路31から噴霧された水滴と燃料液滴の微粒化が促進される効果も期待できる。   In the third embodiment, since water is also supplied to the main flow path 31, an increase in supply pressure of the main flow path 31 is expected, and atomization of water droplets and fuel droplets sprayed from the main flow path 31 is promoted. Can be expected.

実施例4について、図8を参照して説明する。実施例4は、メイン流路31に噴霧空気を供給する噴霧空気配管36に水供給装置70からの水供給配管72を逆止弁71を介し設置したものであり、他の構成部品は実施例1と同様である。   Example 4 will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, a water supply pipe 72 from a water supply device 70 is installed in a spray air pipe 36 for supplying spray air to the main flow path 31 via a check valve 71, and other components are examples. Same as 1.

水供給装置70からメイン流路31へ供給された水は加圧弁32の作用によりパイロット流路30には逆流しない。また、逆止弁38により噴霧空気配管36にも逆流せず、メイン流路31のみに供給される。   The water supplied from the water supply device 70 to the main channel 31 does not flow back to the pilot channel 30 due to the action of the pressurizing valve 32. Further, the check valve 38 does not flow back to the atomizing air pipe 36 but is supplied only to the main flow path 31.

他の実施例と同様に、ガスタービンが負荷運転を開始する状態から燃料ノズルへ水を供給すると、パイロット噴霧は燃料液滴のみが噴霧され、メイン噴霧は水滴と燃料液滴が混在した状態で噴霧される。パイロット噴霧は燃料液滴のみが噴霧されるため、パイロット噴霧から形成される火炎の安定性が向上し、他の実施例に比較して多くの水を供給できることが可能となり、実施例1,2,3と同等以上の煤塵や窒素酸化物(NOx)の排出量の抑制効果が期待できる。   As in the other embodiments, when water is supplied to the fuel nozzle from the state where the gas turbine starts the load operation, only the fuel droplets are sprayed in the pilot spray, and the water spray and fuel droplets are mixed in the main spray. Sprayed. Since only the fuel droplets are sprayed in the pilot spray, the stability of the flame formed from the pilot spray is improved, and more water can be supplied as compared to the other embodiments. , 3 can be expected to suppress the emission of dust and nitrogen oxides (NOx) equal to or higher than 3.

圧力噴霧式の油燃料ノズルを備えた燃焼装置に広く適用できる。   It can be widely applied to a combustion apparatus equipped with a pressure spray type oil fuel nozzle.

実施例1におけるガスタービンの全体構成を表す図である。1 is a diagram illustrating an overall configuration of a gas turbine in Embodiment 1. FIG. 実施例1における圧力噴霧式の燃料ノズルの各供給系統を表す図である。2 is a diagram illustrating each supply system of a pressure spray type fuel nozzle in Embodiment 1. FIG. ガスタービンプラントの起動から定格負荷条件における、燃料ノズルの供給圧力を、比較例の場合の図である。It is a figure in the case of a comparative example about the supply pressure of a fuel nozzle in the rated load conditions from starting of a gas turbine plant. ガスタービンプラントの起動から定格負荷条件における、実施例1の場合の図である。It is a figure in the case of Example 1 in a rated load condition after starting of a gas turbine plant. 実施例2の圧力噴霧式の燃料ノズルの各供給系統を表す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating each supply system of a pressure spray type fuel nozzle according to a second embodiment. 燃料ノズル先端部の詳細構造を表す図である。It is a figure showing the detailed structure of a fuel nozzle front-end | tip part. 実施例3の圧力噴霧式の燃料ノズルの各供給系統を表す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating each supply system of a pressure spray type fuel nozzle according to a third embodiment. 実施例4の圧力噴霧式の燃料ノズルの各供給系統を表す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating each supply system of a pressure spray type fuel nozzle according to a fourth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…圧縮機、2…ガスタービン、3…燃焼器、4…発電機、5…外筒、6…エンドカバー、7…内筒、8…トランジションピース、9…燃料ノズル、10…旋回器、11…点火栓、12…内筒キャップ、13…燃焼空気、14…燃焼ガス、15…拡散火炎、17…燃料供給装置、18…分配器、19…燃料配管、20…水噴霧ノズル、21…マニホールド、22,25…水供給系統、23,26…水供給装置、24,27…水配管。


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compressor, 2 ... Gas turbine, 3 ... Combustor, 4 ... Generator, 5 ... Outer cylinder, 6 ... End cover, 7 ... Inner cylinder, 8 ... Transition piece, 9 ... Fuel nozzle, 10 ... Swivel machine, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Spark plug, 12 ... Inner cylinder cap, 13 ... Combustion air, 14 ... Combustion gas, 15 ... Diffusion flame, 17 ... Fuel supply device, 18 ... Distributor, 19 ... Fuel piping, 20 ... Water spray nozzle, 21 ... Manifold, 22, 25 ... water supply system, 23, 26 ... water supply device, 24, 27 ... water piping.


Claims (5)

燃焼空気と燃料を混合させ燃焼ガスを生成する内筒と、該内筒の内部に燃料を供給する燃料ノズルを設置したガスタービン燃焼器であって、
前記燃料ノズルの燃料配管に水を供給する手段を設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
A gas turbine combustor having an inner cylinder that mixes combustion air and fuel to generate combustion gas, and a fuel nozzle that supplies fuel to the inside of the inner cylinder,
A gas turbine combustor comprising means for supplying water to a fuel pipe of the fuel nozzle.
燃焼空気と燃料を混合させ燃焼ガスを生成する内筒と、該内筒上流側に位置し、内筒に流入する燃焼空気に旋回成分を付与する旋回器と、燃料と空気を燃焼させる燃焼室を該内筒の内側に備えたガスタービン燃焼器であって、
パイロット燃料を噴出するパイロット噴孔と、該パイロット噴孔の外周側にメイン燃料を噴出するメイン噴孔とを備えた圧力噴霧式の燃料ノズルを前記旋回器の軸中心に備え、
前記パイロット燃料又はメイン燃料に水を供給する手段を設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
An inner cylinder that mixes combustion air and fuel to generate combustion gas, a swirler that is located upstream of the inner cylinder and imparts a swirling component to the combustion air flowing into the inner cylinder, and a combustion chamber that burns fuel and air A gas turbine combustor provided inside the inner cylinder,
A pressure spray type fuel nozzle provided with a pilot nozzle for jetting pilot fuel and a main nozzle for jetting main fuel on the outer peripheral side of the pilot nozzle is provided at the center of the swirler,
A gas turbine combustor comprising means for supplying water to the pilot fuel or the main fuel.
燃焼空気と燃料を混合させ燃焼ガスを生成する内筒と、該内筒上流側に位置し、内筒に流入する燃焼空気に旋回成分を付与する旋回器と、燃料と空気を燃焼させる燃焼室を該内筒の内側に備えたガスタービン燃焼器であって、
パイロット燃料を噴出するパイロット噴孔と、該パイロット噴孔の外周側にメイン燃料を噴出するメイン噴孔とを備えた圧力噴霧式の燃料ノズルを前記旋回器の軸中心に備え、
前記メイン噴孔に接続され、燃料が供給されるメイン流路に、所定圧力以下の燃料が前記メイン噴孔へ流入することを妨げる加圧弁と、
前記パイロット燃料又はメイン燃料に水を供給する手段とを設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
An inner cylinder that mixes combustion air and fuel to generate combustion gas, a swirler that is located upstream of the inner cylinder and imparts a swirling component to the combustion air flowing into the inner cylinder, and a combustion chamber that burns fuel and air A gas turbine combustor provided inside the inner cylinder,
A pressure spray type fuel nozzle provided with a pilot nozzle for jetting pilot fuel and a main nozzle for jetting main fuel on the outer peripheral side of the pilot nozzle is provided at the center of the swirler,
A pressurizing valve which is connected to the main nozzle hole and prevents a fuel having a predetermined pressure or less from flowing into the main nozzle hole into a main flow path to which fuel is supplied;
A gas turbine combustor comprising means for supplying water to the pilot fuel or the main fuel.
燃焼空気と燃料を混合させ燃焼ガスを生成する内筒と、該内筒の内部であって、パイロット燃料を供給するパイロット流路及びメイン燃料を供給するメイン流路を備えた燃料ノズルを設置したガスタービン燃焼器の運転方法であって、
前記パイロット流路又は前記メイン流路に燃料を供給し、
前記パイロット流路又は前記メイン流路に水を供給することを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。
An inner cylinder that mixes combustion air and fuel to generate combustion gas, and a fuel nozzle that is provided inside the inner cylinder and includes a pilot flow path for supplying pilot fuel and a main flow path for supplying main fuel are installed. A method for operating a gas turbine combustor, comprising:
Supplying fuel to the pilot channel or the main channel;
A method for operating a gas turbine combustor, wherein water is supplied to the pilot flow path or the main flow path.
燃焼空気と燃料を混合させ燃焼ガスを生成する内筒と、該内筒の内部に燃料を供給する燃料ノズルを設置したガスタービン燃焼器の改造方法であって、
前記燃料ノズルの燃料配管に水を供給する手段を設置したことを特徴とするガスタービン燃焼器の改造方法。
A gas turbine combustor remodeling method in which an inner cylinder that generates combustion gas by mixing combustion air and fuel and a fuel nozzle that supplies fuel to the inside of the inner cylinder are installed,
A gas turbine combustor remodeling method, characterized in that means for supplying water to the fuel pipe of the fuel nozzle is installed.
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